(57)【要約】【課題】  二次電池と蓄電用キャパシタとを備え、キャパシタに蓄積されたエネルギを二次電池に移送することが可能な車両の電源装置を提供する。【解決手段】  車両の電源装置は、バッテリＢ１と、蓄電用のキャパシタＣ３と、昇圧コンバータ１０と、外部から電力入力を受けてバッテリＢ１に対して充電を行なう充電回路６を備える。制御装置２６０は、充電回路６に対して外部から電力の入力があるときは、キャパシタＣ３の電圧がバッテリＢ１の充電電圧に近い所定の電圧に降下するまでキャパシタＣ３に蓄積されたエネルギをバッテリＢ１に移送させてから充電回路６による充電を行なう。好ましくは、キャパシタＣ３は、直列に接続された複数のキャパシタセルを含む。接続部ＣＵは、複数のキャパシタセルの端部電極および中間電極のうちから選択した１対の電極をバッテリＢ１に接続する。制御装置２６０は、接続部の１対の電極の選択を順次変更する。【選択図】        図９
2007082376.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池と、
キャパシタと、
前記二次電池と前記キャパシタの間に接続される電圧変換回路と、
前記キャパシタに接続され外部から電力入力を受けて前記キャパシタおよび前記電圧変換回路を介して前記二次電池に対して充電を行なう充電回路と、
前記電圧変換回路および前記充電回路の制御を行なう制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記充電回路に対して外部から電力の入力があるときは、前記キャパシタの電圧が前記二次電池の充電電圧に近い所定の電圧に降下するまで前記キャパシタに蓄積されたエネルギを前記電圧変換回路を用いて前記二次電池に移送させてから前記充電回路による充電を行なう、車両の電源装置。
【請求項２】
二次電池と、
キャパシタと、
前記二次電池と前記キャパシタの間に接続される電圧変換回路と、
前記二次電池と前記キャパシタの間に前記電圧変換回路と並列的に接続され、前記キャパシタの電極を前記二次電池に接続する接続部と、
前記電圧変換回路および前記接続部の制御を行なう制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記キャパシタ側から前記二次電池側に向けて充電を行なう場合において、前記接続部によって前記キャパシタの電極を前記二次電池に接続する第１の充電制御モードを動作モードとして有する、車両の電源装置。
【請求項３】
前記制御装置は、前記キャパシタ側から前記二次電池側に向けて充電を行なう場合において、前記電圧変換回路によって前記キャパシタの電圧を変換して前記二次電池に与える第２の充電制御モードを動作モードとしてさらに有する、請求項２に記載の車両の電源装置。
【請求項４】
前記車両の電源装置は、
前記キャパシタに接続され外部から電力入力を受けて、前記二次電池に対して充電を行なう充電回路をさらに備え、
前記制御装置は、前記充電回路に与えられた外部電力によって前記二次電池に充電を行なう場合には前記第１の充電制御モードを前記動作モードとして選択する、請求項３に記載の車両の電源装置。
【請求項５】
前記キャパシタは、
直列に接続された複数のキャパシタセルを含み、
前記接続部は、前記複数のキャパシタセルの端部電極および中間電極のうちから選択した１対の電極を前記二次電池に接続し、
前記制御装置は、前記接続部の前記１対の電極の選択を順次変更する、請求項２に記載の車両の電源装置。
【請求項６】
二次電池と、
キャパシタとを備え、
前記キャパシタは、
直列に接続された複数のキャパシタセルと、
前記複数のキャパシタセルの端部電極および中間電極のうちから選択した１対の電極を前記二次電池に接続する接続部とを含み、
前記接続部の前記１対の電極の選択を順次変更する制御装置をさらに備える、車両の電源装置。
【請求項７】
前記制御装置は、前記キャパシタの電圧の変化に対応して前記１対の電極の選択を変更する、請求項６に記載の車両の電源装置。
【請求項８】
前記二次電池と前記キャパシタとの間に接続され、前記制御装置の制御に従い電圧変換を行なう電圧変換回路と、
前記キャパシタに接続され外部から電力入力を受けて前記キャパシタを介して前記二次電池に対して充電を行なう充電回路と、
前記接続部および前記充電回路の制御を行なう制御装置とをさらに備え、
前記制御装置は、車両停止信号に応じて、前記電圧変換回路を停止させ、前記１対の電極の選択を順次変更して前記キャパシタと前記二次電池とを接続し、前記キャパシタに蓄積されたエネルギを前記二次電池に移送させる、請求項６に記載の車両の電源装置。
【請求項９】
前記充電回路は、
第１、第２の端子と、
前記第１の端子に接続される第１の回転電機と、
前記第１の回転電機に対応して設けられ、前記蓄電装置との間で電力を授受する第１のインバータと、
前記第２の端子に接続される第２の回転電機と、
前記第２の回転電機に対応して設けられ、前記蓄電装置との間で電力を授受する第２のインバータと、
前記第１、第２の端子を経由して与えられる前記電力の電圧および電流を検知するセンサとを含み、
前記制御装置は、前記センサの出力に応じて、前記第１、第２の端子間に与えられる電力が直流電力に変換されて前記二次電池に与えられるように前記第１、第２のインバータに対して制御を行なう、請求項１、４および８のいずれか１項に記載の車両の電源装置。
【請求項１０】
前記第１の端子は、前記第１の回転電機のステータの中性点に接続され、
前記第２の端子は、前記第２の回転電機のステータの中性点に接続される、請求項９に記載の車両の電源装置。
【請求項１１】
前記第１の回転電機の回転軸は、車輪の回転軸と機械的に結合され、
前記車両は、
クランク軸が前記第２の回転電機の回転軸に機械的に結合された内燃機関を備える、請求項９に記載の車両の電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、車両の電源装置に関し、特に蓄電装置として大容量のキャパシタを搭載する車両の電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開平８−１９６００６号公報（特許文献１）は、エンジン出力軸にモータジェネレータが接続されたリターダ装置を備えるハイブリッド自動車を開示する。このハイブリッド車両において機関停止時には、キャパシタから電気エネルギを子機バッテリに移送して電気エネルギのロスを少なくすることが記載されている。
【特許文献１】特開平８−１９６００６号公報
【特許文献２】特開２００４−３１２９２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記の特開平８−１９６００６号公報（特許文献１）に開示された技術では、双方向のＤＣ−ＤＣコンバータによってキャパシタに蓄積された電気エネルギを降圧して二次電池に充電を行なっている。しかしながらＤＣ−ＤＣコンバータにおいてリアクトルやスイッチング素子における損失によって、充電効率が十分でないという問題がある。
【０００４】
また、電気自動車やハイブリッド自動車においても、外部から商用電力を用いて充電可能とすることも検討されている。しかしながら特開平８−１９６００６号公報（特許文献１）に記載された技術では、外部から充電を行なうことについては考慮がされていない。
【０００５】
この発明の目的は、二次電池と蓄電用キャパシタとを備え、キャパシタに蓄積されたエネルギを二次電池に移送することが可能な車両の電源装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明は、要約すると、車両の電源装置であって、二次電池と、キャパシタと、二次電池とキャパシタの間に接続される電圧変換回路と、キャパシタに接続され外部から電力入力を受けてキャパシタおよび電圧変換回路を介して二次電池に対して充電を行なう充電回路と、電圧変換回路および充電回路の制御を行なう制御装置とを備える。制御装置は、充電回路に対して外部から電力の入力があるときは、キャパシタの電圧が二次電池の充電電圧に近い所定の電圧に降下するまでキャパシタに蓄積されたエネルギを電圧変換回路を用いて二次電池に移送させてから充電回路による充電を行なう。
【０００７】
この発明の他の局面に従うと、車両の電源装置であって、二次電池と、キャパシタと、二次電池とキャパシタの間に接続される電圧変換回路と、二次電池とキャパシタの間に電圧変換回路と並列的に接続され、キャパシタの電極を二次電池に接続する接続部と、電圧変換回路および接続部の制御を行なう制御装置とを備える。制御装置は、キャパシタ側から二次電池側に向けて充電を行なう場合において、接続部によってキャパシタの電極を二次電池に接続する第１の充電制御モードを動作モードとして有する。
【０００８】
好ましくは、制御装置は、キャパシタ側から二次電池側に向けて充電を行なう場合において、電圧変換回路によってキャパシタの電圧を変換して二次電池に与える第２の充電制御モードを動作モードとしてさらに有する。
【０００９】
より好ましくは、車両の電源装置は、キャパシタに接続され外部から電力入力を受けて、二次電池に対して充電を行なう充電回路をさらに備える。制御装置は、充電回路に与えられた外部電力によって二次電池に充電を行なう場合には第１の充電制御モードを動作モードとして選択する。
【００１０】
好ましくは、キャパシタは、直列に接続された複数のキャパシタセルを含む。接続部は、複数のキャパシタセルの端部電極および中間電極のうちから選択した１対の電極を二次電池に接続する。制御装置は、接続部の１対の電極の選択を順次変更する。
【００１１】
この発明のさらに他の局面に従う車両の電源装置は、二次電池と、キャパシタとを備える。キャパシタは、直列に接続された複数のキャパシタセルと、複数のキャパシタセルの端部電極および中間電極のうちから選択した１対の電極を二次電池に接続する接続部とを含む。車両の電源装置は、接続部の１対の電極の選択を順次変更する制御装置をさらに備える。
【００１２】
好ましくは、制御装置は、キャパシタの電圧の変化に対応して１対の電極の選択を変更する。
【００１３】
好ましくは、車両の電源装置は、二次電池とキャパシタとの間に接続され、制御装置の制御に従い電圧変換を行なう電圧変換回路と、キャパシタに接続され外部から電力入力を受けてキャパシタを介して二次電池に対して充電を行なう充電回路と、接続部および充電回路の制御を行なう制御装置とをさらに備える。制御装置は、車両停止信号に応じて、電圧変換回路を停止させ、１対の電極の選択を順次変更してキャパシタと二次電池とを接続し、キャパシタに蓄積されたエネルギを二次電池に移送させる。
【００１４】
好ましくは、充電回路は、第１、第２の端子と、第１の端子に接続される第１の回転電機と、第１の回転電機に対応して設けられ、蓄電装置との間で電力を授受する第１のインバータと、第２の端子に接続される第２の回転電機と、第２の回転電機に対応して設けられ、蓄電装置との間で電力を授受する第２のインバータと、第１、第２の端子を経由して与えられる電力の電圧および電流を検知するセンサとを含む。制御装置は、センサの出力に応じて、第１、第２の端子間に与えられる電力が直流電力に変換されて二次電池に与えられるように第１、第２のインバータに対して制御を行なう。
【００１５】
より好ましくは、第１の端子は、第１の回転電機のステータの中性点に接続され、第２の端子は、第２の回転電機のステータの中性点に接続される。
【００１６】
より好ましくは、第１の回転電機の回転軸は、車輪の回転軸と機械的に結合され、車両は、クランク軸が第２の回転電機の回転軸に機械的に結合された内燃機関を備える。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、蓄電用キャパシタに蓄積された電気エネルギが良好に二次電池に移送され、エネルギ効率が向上した車両の電源装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００１９】
［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態に係る車両の概略ブロック図である。
【００２０】
図１を参照して、この車両１００は、バッテリユニットＢＵと、昇圧コンバータ１０と、電源ラインＰＬ１，ＰＬ２と、接地ラインＳＬと、蓄電用の大容量キャパシタＣ３と、充電回路６と、エンジン４と、動力分配機構３と、車輪２とを含む。
【００２１】
バッテリユニットＢＵ中のバッテリＢ１は外部から充電することが可能な大容量で比較的低コストのエネルギ密度型のバッテリであり、急速放電ができないのでこれを補うために高速放電が可能な蓄電装置である大容量のキャパシタＣ３が設けられている。
【００２２】
充電回路６は、車両走行時にはバッテリユニットＢＵおよび昇圧コンバータ１０の負荷回路としても動作する。充電回路６は、インバータ２０，３０と、Ｕ相ラインＵＬ１，ＵＬ２と、Ｖ相ラインＶＬ１，ＶＬ２と、Ｗ相ラインＷＬ１，ＷＬ２と、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２とを含む。
【００２３】
この車両１００は、車輪の駆動にモータとエンジンとを併用するハイブリッド自動車（Hybrid Vehicle）である。
【００２４】
動力分配機構３は、エンジン４とモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２に結合されてこれらの間で動力を分配する機構である。たとえば動力分配機構としてはサンギヤ、プラネタリキャリヤ、リングギヤの３つの回転軸を有する遊星歯車機構を用いることができる。この３つの回転軸がエンジン４、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の各回転軸にそれぞれ接続される。たとえば、モータジェネレータＭＧ１のロータを中空としてその中心にエンジン４のクランク軸を通すことで動力分配機構３にエンジン４とモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２とを機械的に接続することができる。
【００２５】
なお、モータジェネレータＭＧ２の回転軸は車輪２に図示しない減速ギヤや差動ギヤによって結合されている。また動力分配機構３の内部にモータジェネレータＭＧ２の回転軸に対する減速機をさらに組み込んでもよい。
【００２６】
そして、モータジェネレータＭＧ１は、エンジンによって駆動される発電機として動作し、かつ、エンジン始動を行ない得る電動機として動作するものとしてハイブリッド自動車に組み込まれ、モータジェネレータＭＧ２は、ハイブリッド自動車の駆動輪を駆動する電動機としてハイブリッド自動車に組み込まれる。
【００２７】
モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、たとえば、３相交流同期電動機である。モータジェネレータＭＧ１はＵ相コイルＵ１、Ｖ相コイルＶ１、Ｗ相コイルＷ１からなる３相コイルをステータコイルとして含む。モータジェネレータＭＧ２はＵ相コイルＵ２、Ｖ相コイルＶ２、Ｗ相コイルＷ２からなる３相コイルをステータコイルとして含む。
【００２８】
そして、モータジェネレータＭＧ１は、エンジン出力を用いて３相交流電圧を発生し、その発生した３相交流電圧をインバータ２０へ出力する。また、モータジェネレータＭＧ１は、インバータ２０から受ける３相交流電圧によって駆動力を発生し、エンジンの始動を行なう。
【００２９】
モータジェネレータＭＧ２は、インバータ３０から受ける３相交流電圧によって車両の駆動トルクを発生する。また、モータジェネレータＭＧ２は、車両の回生制動時、３相交流電圧を発生してインバータ３０へ出力する。
【００３０】
バッテリユニットＢＵは、負極が接地ラインＳＬに接続された蓄電装置であるバッテリＢ１と、バッテリＢ１の電圧ＶＢ１を測定する電圧センサ７０と、バッテリＢ１の電流ＩＢ１を測定する電流センサ８４とを含む。車両負荷は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、インバータ２０，３０と、インバータ２０，３０に昇圧した電圧を供給する昇圧コンバータ１０とを含む。
【００３１】
バッテリユニットＢＵにおいては、バッテリＢ１は、たとえば、ニッケル水素、リチウムイオンや鉛蓄電池等の二次電池を用いることができる。また、バッテリＢ１に代えて大容量の電気二重層コンデンサを用いることもできる。
【００３２】
バッテリユニットＢＵは、バッテリＢ１から出力される直流電圧を昇圧コンバータ１０へ出力する。また、昇圧コンバータ１０から出力される直流電圧によってバッテリユニットＢＵ内部のバッテリＢ１が充電される。
【００３３】
昇圧コンバータ１０は、リアクトルＬと、ｎｐｎ型トランジスタＱ１，Ｑ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２とを含む。リアクトルＬは、電源ラインＰＬ１に一端が接続され、ｎｐｎ型トランジスタＱ１，Ｑ２の接続点に他端が接続される。ｎｐｎ型トランジスタＱ１，Ｑ２は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間に直列に接続され、制御装置６０からの信号ＰＷＣをベースに受ける。そして、各ｎｐｎ型トランジスタＱ１，Ｑ２のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すようにダイオードＤ１，Ｄ２がそれぞれ接続される。
【００３４】
なお、上記のｎｐｎ型トランジスタおよび以下の本明細書中のｎｐｎ型トランジスタとして、たとえば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）を用いることができ
、またｎｐｎ型トランジスタに代えて、パワーＭＯＳＦＥＴ（metal oxide semiconductor field-effect transistor）等の電力スイッチング素子をもちいることができる。
【００３５】
インバータ２０は、Ｕ相アーム２２、Ｖ相アーム２４およびＷ相アーム２６を含む。Ｕ相アーム２２、Ｖ相アーム２４およびＷ相アーム２６は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間に並列に接続される。
【００３６】
Ｕ相アーム２２は、直列に接続されたｎｐｎ型トランジスタＱ１１，Ｑ１２を含み、Ｖ相アーム２４は、直列に接続されたｎｐｎ型トランジスタＱ１３，Ｑ１４を含み、Ｗ相アーム２６は、直列に接続されたｎｐｎ型トランジスタＱ１５，Ｑ１６を含む。各ｎｐｎ型トランジスタＱ１１〜Ｑ１６のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードＤ１１〜Ｄ１６がそれぞれ接続される。そして、各相アームにおける各ｎｐｎ型トランジスタの接続点は、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相ラインＵＬ１，ＶＬ１，ＷＬ１を介してモータジェネレータＭＧ１の各相コイルの中性点Ｎ１と異なるコイル端にそれぞれ接続される。
【００３７】
インバータ３０は、Ｕ相アーム３２、Ｖ相アーム３４およびＷ相アーム３６を含む。Ｕ相アーム３２、Ｖ相アーム３４およびＷ相アーム３６は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間に並列に接続される。
【００３８】
Ｕ相アーム３２は、直列に接続されたｎｐｎ型トランジスタＱ２１，Ｑ２２を含み、Ｖ相アーム３４は、直列に接続されたｎｐｎ型トランジスタＱ２３，Ｑ２４を含み、Ｗ相アーム３６は、直列に接続されたｎｐｎ型トランジスタＱ２５，Ｑ２６を含む。各ｎｐｎ型トランジスタＱ２１〜Ｑ２６のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードＤ２１〜Ｄ２６がそれぞれ接続される。そして、インバータ３０においても、各相アームにおける各ｎｐｎ型トランジスタの接続点は、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相ラインＵＬ２，ＶＬ２，ＷＬ２を介してモータジェネレータＭＧ２の各相コイルの中性点Ｎ２と異なるコイル端にそれぞれ接続される。
【００３９】
車両１００は、さらに、平滑用のコンデンサＣ１，Ｃ２と、リレー回路４０と、コネクタ５０と、制御装置６０と、電力入力ラインＡＣＬ１，ＡＣＬ２と、電圧センサ７２，７３と、電流センサ８０，８２とを含む。
【００４０】
車両１００は、さらに、コネクタ５０に外部から与えられる電圧ＶＩＮを測定する電圧センサ７４と、運転手が運転席に座っているか否かを検知する着座センサ５２と、運転席のドアの開閉を検知するドア開閉センサ５３とを含む。
【００４１】
コンデンサＣ１は、電源ラインＰＬ１と接地ラインＳＬとの間に接続され、電圧変動に起因するバッテリＢ１および昇圧コンバータ１０への影響を低減する。電源ラインＰＬ１と接地ラインＳＬとの間の電圧ＶＬは、電圧センサ７３で測定される。
【００４２】
コンデンサＣ２は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間に接続され、電圧変動に起因するインバータ２０，３０および昇圧コンバータ１０への影響を低減する。電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間の電圧ＶＨは、電圧センサ７２で測定される。
【００４３】
昇圧コンバータ１０は、バッテリユニットＢＵから電源ラインＰＬ１を介して供給される直流電圧を昇圧して電源ラインＰＬ２へ出力する。より具体的には、昇圧コンバータ１０は、制御装置６０からの信号ＰＷＣに基づいて、ｎｐｎ型トランジスタＱ２のスイッチング動作に応じて流れる電流をリアクトルＬに磁場エネルギを蓄積し、その蓄積したエネルギをｎｐｎ型トランジスタＱ２がＯＦＦされたタイミングに同期してダイオードＤ１を介して電源ラインＰＬ２へ電流を流すことによって放出することにより昇圧動作を行なう。
【００４４】
また、昇圧コンバータ１０は、制御装置６０からの信号ＰＷＣに基づいて、電源ラインＰＬ２を介してインバータ２０および３０のいずれか一方または両方から受ける直流電圧をバッテリユニットＢＵの電圧レベルに降圧してバッテリユニットＢＵ内部のバッテリを充電する。
【００４５】
インバータ２０は、制御装置６０からの信号ＰＷＭ１に基づいて、電源ラインＰＬ２から供給される直流電圧を３相交流電圧に変換してモータジェネレータＭＧ１を駆動する。
【００４６】
これにより、モータジェネレータＭＧ１は、トルク指令値ＴＲ１によって指定されたトルクを発生するように駆動される。また、インバータ２０は、エンジンからの出力を受けてモータジェネレータＭＧ１が発電した３相交流電圧を制御装置６０からの信号ＰＷＭ１に基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧を電源ラインＰＬ２へ出力する。
【００４７】
インバータ３０は、制御装置６０からの信号ＰＷＭ２に基づいて、電源ラインＰＬ２から供給される直流電圧を３相交流電圧に変換してモータジェネレータＭＧ２を駆動する。
【００４８】
これにより、モータジェネレータＭＧ２は、トルク指令値ＴＲ２によって指定されたトルクを発生するように駆動される。また、インバータ３０は、車両１００が搭載されたハイブリッド自動車の回生制動時、駆動軸からの回転力を受けてモータジェネレータＭＧ２が発電した３相交流電圧を制御装置６０からの信号ＰＷＭ２に基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧を電源ラインＰＬ２へ出力する。
【００４９】
なお、ここで言う回生制動とは、ハイブリッド自動車を運転するドライバーによるフットブレーキ操作があった場合の回生発電を伴う制動や、フットブレーキを操作しないものの、走行中にアクセルペダルをＯＦＦすることで回生発電をさせながら車両を減速（または加速の中止）させることを含む。
【００５０】
リレー回路４０は、リレーＲＹ１，ＲＹ２を含む。リレーＲＹ１，ＲＹ２としては、たとえば、機械的な接点リレーを用いることができるが、半導体リレーを用いてもよい。リレーＲＹ１は、電力入力ラインＡＣＬ１とコネクタ５０との間に設けられ、制御装置６０からの制御信号ＣＮＴＬに応じてＯＮ／ＯＦＦされる。リレーＲＹ２は、電力入力ラインＡＣＬ２とコネクタ５０との間に設けられ、制御装置６０からの制御信号ＣＮＴＬに応じてＯＮ／ＯＦＦされる。
【００５１】
このリレー回路４０は、制御装置６０からの制御信号ＣＮＴＬに応じて、電力入力ラインＡＣＬ１，ＡＣＬ２とコネクタ５０との接続／切離しを行なう。すなわち、リレー回路４０は、制御装置６０からＨ（論理ハイ）レベルの制御信号ＣＮＴＬを受けると、電力入力ラインＡＣＬ１，ＡＣＬ２をコネクタ５０と電気的に接続し、制御装置６０からＬ（論理ロー）レベルの制御信号ＣＮＴＬを受けると、電力入力ラインＡＣＬ１，ＡＣＬ２をコネクタ５０から電気的に切離す。
【００５２】
コネクタ５０は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の中性点Ｎ１，Ｎ２間に外部から電力を入力するための端子を含む。
【００５３】
たとえば、交流１００Ｖの商用電源５５からの入力電力を、コネクタ５０を介して車両に入力することができる。コネクタ５０への電源接続の有無は、電圧センサ７４測定される電力入力ラインＡＣＬ１，ＡＣＬ２の線間電圧ＶＩＮに基づき制御装置６０で判断される。
【００５４】
電圧センサ７０は、バッテリＢ１のバッテリ電圧ＶＢ１を検出し、その検出したバッテリ電圧ＶＢ１を制御装置６０へ出力する。電圧センサ７３は、コンデンサＣ１の両端の電圧、すなわち、昇圧コンバータ１０の入力電圧ＶＬを検出し、その検出した電圧ＶＬを制御装置６０へ出力する。電圧センサ７２は、コンデンサＣ２の両端の電圧、すなわち、昇圧コンバータ１０の出力電圧ＶＨ（インバータ２０，３０の入力電圧に相当する。以下同じ。）を検出し、その検出した電圧ＶＨを制御装置６０へ出力する。
【００５５】
電流センサ８０は、モータジェネレータＭＧ１に流れるモータ電流ＭＣＲＴ１を検出し、その検出したモータ電流ＭＣＲＴ１を制御装置６０へ出力する。電流センサ８２は、モータジェネレータＭＧ２に流れるモータ電流ＭＣＲＴ２を検出し、その検出したモータ電流ＭＣＲＴ２を制御装置６０へ出力する。
【００５６】
制御装置６０は、外部に設けられるＥＣＵ（Electronic Control Unit）から出力されたモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令値ＴＲ１，ＴＲ２およびモータ回転数ＭＲＮ１，ＭＲＮ２、電圧センサ７３からの電圧ＶＬ、ならびに電圧センサ７２からの電圧ＶＨに基づいて、昇圧コンバータ１０を駆動するための信号ＰＷＣを生成し、その生成した信号ＰＷＣを昇圧コンバータ１０へ出力する。
【００５７】
また、制御装置６０は、電圧ＶＨならびにモータジェネレータＭＧ１のモータ電流ＭＣＲＴ１およびトルク指令値ＴＲ１に基づいて、モータジェネレータＭＧ１を駆動するための信号ＰＷＭ１を生成し、その生成した信号ＰＷＭ１をインバータ２０へ出力する。さらに、制御装置６０は、電圧ＶＨならびにモータジェネレータＭＧ２のモータ電流ＭＣＲＴ２およびトルク指令値ＴＲ２に基づいて、モータジェネレータＭＧ２を駆動するための信号ＰＷＭ２を生成し、その生成した信号ＰＷＭ２をインバータ３０へ出力する。
【００５８】
ここで、制御装置６０は、イグニッションスイッチ（またはイグニッションキー）からの信号ＩＧおよびバッテリＢ１の充電状態ＳＯＣに基づいて、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の中性点Ｎ１，Ｎ２間に与えられる商用電源用の交流電圧からバッテリＢ１に対する充電が行なわれるようにインバータ２０，３０を制御するための信号ＰＷＭ１，ＰＷＭ２を生成する。
【００５９】
さらに、制御装置６０は、バッテリＢ１の充電状態ＳＯＣに基づいて、外部から充電可能かを判断し、充電可能と判断したときは、Ｈレベルの制御信号ＣＮＴＬをリレー回路４０へ出力する。一方、制御装置６０は、バッテリＢ１がほぼ満充電状態であり、充電可能でないと判断したときは、Ｌレベルの制御信号ＣＮＴＬをリレー回路４０へ出力し、信号ＩＧが停止状態を示す場合にはインバータ２０および３０を停止させる。
【００６０】
図２は、図１に示した制御装置６０の機能ブロック図である。
図２を参照して、制御装置６０は、コンバータ制御部６１と、第１のインバータ制御部６２と、第２のインバータ制御部６３と、電力入力制御部６４とを含む。コンバータ制御部６１は、バッテリ電圧ＶＢ１、電圧ＶＨ、トルク指令値ＴＲ１，ＴＲ２、およびモータ回転数ＭＲＮ１，ＭＲＮ２に基づいて昇圧コンバータ１０のｎｐｎ型トランジスタＱ１，Ｑ２をＯＮ／ＯＦＦするための信号ＰＷＣを生成し、その生成した信号ＰＷＣを昇圧コンバータ１０へ出力する。
【００６１】
第１のインバータ制御部６２は、モータジェネレータＭＧ１のトルク指令値ＴＲ１およびモータ電流ＭＣＲＴ１ならびに電圧ＶＨに基づいてインバータ２０のｎｐｎ型トランジスタＱ１１〜Ｑ１６をＯＮ／ＯＦＦするための信号ＰＷＭ１を生成し、その生成した信号ＰＷＭ１をインバータ２０へ出力する。
【００６２】
第２のインバータ制御部６３は、モータジェネレータＭＧ２のトルク指令値ＴＲ２およびモータ電流ＭＣＲＴ２ならびに電圧ＶＨに基づいてインバータ３０のｎｐｎ型トランジスタＱ２１〜Ｑ２６をＯＮ／ＯＦＦするための信号ＰＷＭ２を生成し、その生成した信号ＰＷＭ２をインバータ３０へ出力する。
【００６３】
電力入力制御部６４は、トルク指令値ＴＲ１，ＴＲ２およびモータ回転数ＭＲＮ１，ＭＲＮ２に基づいてモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の駆動状態を判定し、信号ＩＧとバッテリＢ１のＳＯＣに応じて、インバータ２つを協調制御して外部から与えられる電力を直流に変換すると共に昇圧し、バッテリへの充電を行なう。
【００６４】
ここで、Ｈレベルの信号ＩＧは、車両１００が搭載されたハイブリッド自動車が起動されたことを意味する信号であり、Ｌレベルの信号ＩＧは、ハイブリッド自動車が停止されたことを意味する信号である。
【００６５】
そして、電力入力制御部６４は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の駆動状態が停止状態であり、信号ＩＧもハイブリッド自動車が停止していることを示している場合には、バッテリＢ１のＳＯＣが所定レベルよりも低ければ充電動作を行なわせる。具体的には、信号ＣＮＴＬによってリレーＲＹ１，ＲＹ２を導通させ、電圧ＶＩＮの入力があればこれに応じて制御信号ＣＴＬ１を生成しインバータ２０，３０を協調制御して外部から与えられる交流電圧を直流に変換すると共に昇圧し、バッテリへの充電を行なわせる。
【００６６】
一方、電力入力制御部６４は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の駆動状態が稼動状態であるかまたは信号ＩＧがハイブリッド自動車の運転中を示している場合、および、バッテリＢ１のＳＯＣが所定レベルよりも高い場合には、充電動作を行なわせない。具体的には、信号ＣＮＴＬによってリレーＲＹ１，ＲＹ２を開放させ、制御信号ＣＴＬ０を生成して、昇圧コンバータ１０とインバータ２０，３０に車両運転時の通常動作を行なわせる。
【００６７】
図３は、図２に示したコンバータ制御部６１の機能ブロック図である。
図３を参照して、コンバータ制御部６１は、インバータ入力電圧指令演算部１１２と、フィードバック電圧指令演算部１１４と、デューティー比演算部１１６と、ＰＷＭ信号変換部１１８とを含む。
【００６８】
インバータ入力電圧指令演算部１１２は、トルク指令値ＴＲ１，ＴＲ２およびモータ回転数ＭＲＮ１，ＭＲＮ２に基づいてインバータ入力電圧の最適値（目標値）、すなわち電圧指令ＶＨ＿ｃｏｍを演算し、その演算した電圧指令ＶＨ＿ｃｏｍをフィードバック電圧指令演算部１１４へ出力する。
【００６９】
フィードバック電圧指令演算部１１４は、電圧センサ７２によって検出される昇圧コンバータ１０の出力電圧ＶＨと、インバータ入力電圧指令演算部１１２からの電圧指令ＶＨ＿ｃｏｍとに基づいて、出力電圧ＶＨを電圧指令ＶＨ＿ｃｏｍに制御するためのフィードバック電圧指令ＶＨ＿ｃｏｍ＿ｆｂを演算し、その演算したフィードバック電圧指令ＶＨ＿ｃｏｍ＿ｆｂをデューティー比演算部１１６へ出力する。
【００７０】
デューティー比演算部１１６は、電圧センサ７０からのバッテリ電圧ＶＢ１と、フィードバック電圧指令演算部１１４からのフィードバック電圧指令ＶＨ＿ｃｏｍ＿ｆｂとに基づいて、昇圧コンバータ１０の出力電圧ＶＨを電圧指令ＶＨ＿ｃｏｍに制御するためのデューティー比を演算し、その演算したデューティー比をＰＷＭ信号変換部１１８へ出力する。
【００７１】
ＰＷＭ信号変換部１１８は、デューティー比演算部１１６から受けたデューティー比に基づいて昇圧コンバータ１０のｎｐｎ型トランジスタＱ１，Ｑ２をＯＮ／ＯＦＦするためのＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号を生成し、その生成したＰＷＭ信号を信号ＰＷＣとして昇圧コンバータ１０のｎｐｎ型トランジスタＱ１，Ｑ２へ出力する。
【００７２】
なお、昇圧コンバータ１０の下アームのｎｐｎ型トランジスタＱ２のＯＮデューティーを大きくすることによりリアクトルＬにおける電力蓄積が大きくなるため、より高電圧の出力を得ることができる。一方、上アームのｎｐｎ型トランジスタＱ１のＯＮデューティーを大きくすることにより電源ラインＰＬ２の電圧が下がる。そこで、ｎｐｎ型トランジスタＱ１，Ｑ２のデューティー比を制御することで、電源ラインＰＬ２の電圧をバッテリＢ１の出力電圧以上の任意の電圧に制御することができる。
【００７３】
さらに、ＰＷＭ信号変換部１１８は、制御信号ＣＴＬ１が活性化しているときは、デューティー比演算部１１６の出力に拘わらず、ｎｐｎ型トランジスタＱ１を導通状態とし、ｎｐｎ型トランジスタＱ２を非導通状態とする。これにより、電源ラインＰＬ２から電源ラインＰＬ１に向けて充電電流を流すことが可能となる。
【００７４】
図４は、図２に示した第１および第２のインバータ制御部６２，６３の機能ブロック図である。
【００７５】
図４を参照して、第１および第２のインバータ制御部６２，６３の各々は、モータ制御用相電圧演算部１２０と、ＰＷＭ信号変換部１２２とを含む。
【００７６】
モータ制御用相電圧演算部１２０は、インバータ２０，３０の入力電圧ＶＨを電圧センサ７２から受け、モータジェネレータＭＧ１（またはＭＧ２）の各相に流れるモータ電流ＭＣＲＴ１（またはＭＣＲＴ２）を電流センサ８０（または８２）から受け、トルク指令値ＴＲ１（またはＴＲ２）をＥＣＵから受ける。そして、モータ制御用相電圧演算部１２０は、これらの入力値に基づいて、モータジェネレータＭＧ１（またはＭＧ２）の各相コイルに印加する電圧を演算し、その演算した各相コイル電圧をＰＷＭ信号変換部１２２へ出力する。
【００７７】
ＰＷＭ信号変換部１２２は、電力入力制御部６４から制御信号ＣＴＬ０を受けると、モータ制御用相電圧演算部１２０から受ける各相コイル電圧指令に基づいて、実際にインバータ２０（または３０）の各ｎｐｎ型トランジスタＱ１１〜Ｑ１６（またはＱ２１〜Ｑ２６）をＯＮ／ＯＦＦする信号ＰＷＭ１＿０（信号ＰＷＭ１の一種）（またはＰＷＭ２＿０（信号ＰＷＭ２の一種））を生成し、その生成した信号ＰＷＭ１＿０（またはＰＷＭ２＿０）をインバータ２０（または３０）の各ｎｐｎ型トランジスタＱ１１〜Ｑ１６（またはＱ２１〜Ｑ２６）へ出力する。
【００７８】
このようにして、各ｎｐｎ型トランジスタＱ１１〜Ｑ１６（またはＱ２１〜Ｑ２６）がスイッチング制御され、モータジェネレータＭＧ１（またはＭＧ２）が指令されたトルクを出力するようにモータジェネレータＭＧ１（またはＭＧ２）の各相に流す電流が制御される。その結果、トルク指令値ＴＲ１（またはＴＲ２）に応じたモータトルクが出力される。
【００７９】
また、ＰＷＭ信号変換部１２２は、電力入力制御部６４から制御信号ＣＴＬ１を受けると、モータ制御用相電圧演算部１２０の出力に拘わらず、インバータ２０（または３０）のＵ相アーム２２（または３２）、Ｖ相アーム２４（または３４）およびＷ相アーム２６（または３６）に同位相の交流電流を流すようにｎｐｎ型トランジスタＱ１１〜Ｑ１６（またはＱ２１〜Ｑ２６）をＯＮ／ＯＦＦする信号ＰＷＭ１＿１（信号ＰＷＭ１の一種）（またはＰＷＭ２＿１（信号ＰＷＭ２の一種））を生成し、その生成した信号ＰＷＭ１＿１（またはＰＷＭ２＿１）をインバータ２０（または３０）のｎｐｎ型トランジスタＱ１１〜Ｑ１６（またはＱ２１〜Ｑ２６）へ出力する。
【００８０】
Ｕ，Ｖ，Ｗの各相コイルに同位相の交流電流が流れる場合には、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２には回転トルクは発生しない。そしてインバータ２０および３０が協調制御されることにより交流の電圧ＶＩＮが直流の充電電圧に変換される。
【００８１】
次に、車両停止時において大容量キャパシタＣ３に蓄積されたエネルギをバッテリＢ１に移送する手順について説明を行なう。
【００８２】
図５は、図１の回路図について大容量キャパシタＣ３からバッテリＢ１にエネルギを移送する主要構成を示した概略回路図である。
【００８３】
図６は、キャパシタＣ３のエネルギをバッテリＢ１に移送させる際に制御装置６０で実行されるプログラム制御構造を示したフローチャートである。
【００８４】
図５、図６を参照して、まず処理が開始されると、ステップＳ１において制御装置６０は運転者が車両を停止させてイグニッションスイッチをオフ状態にしたか否かを信号ＩＧを観測して検知する。
【００８５】
信号ＩＧがオフ状態でない場合にはステップＳ１５において処理はメインルーチンに移される。
【００８６】
一方ステップＳ１において信号ＩＧがオフ状態を示す場合には、続いてステップＳ２において制御装置６０はドア開閉センサ５３の出力を観測し運転席のドアが開いているか否かを検知する。
【００８７】
ステップＳ２で運転席のドアが開いていない場合には運転席のドアが開くまでステップＳ２において観測を続ける。
【００８８】
一方ステップＳ２において運転席のドアが開いたことを検知した場合には続いてステップＳ３において制御装置６０は、着座センサ５２の出力を観測して運転者が降車したか否かを検知する。運転者が降車するまではステップＳ３の観測が継続され、運転者が降車したことが検知された場合にはステップＳ４に処理が進む。
【００８９】
ステップＳ４においては、制御装置６０は、ドア開閉センサ５３の出力を観測して運転席ドアが閉じたか否かを検知する。運転席ドアが閉じるまではステップＳ４の観測が継続され、運転席のドアが閉じた場合にはステップＳ４からステップＳ５に処理が進む。
【００９０】
続いてステップＳ５において所定時間の時間待ちが行なわれる。所定時間はたとえば運転者が帰宅した再に降車してからコネクタ５０に電源プラグを差し込むのに必要な時間を考慮して定められる。この時間は学習されるようにしておいても良いし、運転者が定めるようにしても良い。
【００９１】
その後ステップＳ６において、大容量キャパシタＣ３に蓄積されている電気エネルギを電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間の電圧ＶＨがバッテリ側の電圧ＶＬとほぼ等しくなるまでバッテリＢ１に移送する。
【００９２】
この場合には、制御装置６０は、昇圧コンバータ１０を降圧コンバータとして動作させ、電源ラインＰＬ２の電位を電源ラインＰＬ１の電位に徐々に近づける。
【００９３】
その後ステップＳ７において制御装置６０は電圧ＶＩＮを観測しリレー回路４０の手前まで商用電源５５から交流１００Ｖが与えられているかを検知する。電圧ＶＩＮに入力が検知された場合には処理はステップＳ８に進み、検知されない場合には処理はステップＳ１３に進む。
【００９４】
ステップＳ８ではリレー回路４０のリレーＲＹ１，ＲＹ２が導通状態に制御され、続いてステップＳ９の処理が行なわれる。ステップＳ９ではバッテリＢ１の充電状態ＳＯＣが満充電状態を示すＳＯＣであるＳｔｈ（Ｆ）より小さいか否かが判断される。
【００９５】
ステップＳ９においてＳＯＣ＜Ｓｔｈ（Ｆ）である場合にはステップＳ１０において図７、図８で説明したように外部からの充電が実行される。
【００９６】
そして再びステップＳ９において充電状態ＳＯＣのレベル判定を実行する。
ステップＳ９においてＳＯＣ＜Ｓｔｈ（Ｆ）が成立しない場合には処理はステップＳ１１に進み充電回路６の充電動作が停止される。そしてステップＳ１２においてリレー回路４０中のリレーＲＹ１，ＲＹ２が導通状態から非導通状態に制御される。ステップＳ７において電圧ＶＩＮの入力がなかった場合およびステップＳ１２においてリレー回路４０の接続が遮断された場合にはステップＳ１３に処理が進む。
【００９７】
ステップＳ１３においては、制御装置６０は、システムメインリレーＳＭＲ１〜ＳＭＲ３を非導通状態に制御し、続いてステップＳ１４において大容量キャパシタＣ３に蓄積されている残りの電力は充電回路６中のモータジェネレータのコイルに流して放電させ、車両動作停止時においてバッテリユニット以外に高圧部分が存在しないようにする。ステップＳ１４の処理が終了するとステップＳ１５において制御はメインルーチンに移される。
【００９８】
次に、ステップＳ１０で実施される商用電源用の交流電圧ＶＩＮから直流の充電電圧を発生する方法について説明する。
【００９９】
図７は、図１の回路図を充電に関する部分に簡略化して示した図である。
図７では、図１のインバータ２０および３０のうちのＵ相アームが代表として示されている。またモータジェネレータの３相コイルのうちＵ相コイルが代表として示されている。Ｕ相について代表的に説明すれば各相コイルには同相の電流が流されるので、他の２相の回路もＵ相と同じ動きをする。
【０１００】
図７を見ればわかるように、Ｕ相コイルＵ１とＵ相アーム２２の組、およびＵ相コイルＵ２とＵ相アーム３２の組はそれぞれ昇圧コンバータ１０と同様な構成となっている。したがって、たとえば変動する交流電圧を直流電圧に変換するだけでなく、さらに昇圧してたとえば２００Ｖ程度のバッテリ充電電圧に変換することが可能である。
【０１０１】
図８は、充電時のトランジスタの制御状態を示した図である。
図７、図８を参照して、まず電圧ＶＩＮ＞０すなわちラインＡＣＬ１の電圧ＶＭ１がラインＡＣＬ２の電圧ＶＭ２よりも高い場合には、昇圧コンバータのトランジスタＱ１はＯＮ状態とされ、トランジスタＱ２はＯＦＦ状態とされる。これにより昇圧コンバータ１０は電源ラインＰＬ２から電源ラインＰＬ１に向けて充電電流を流すことができるようになる。
【０１０２】
そして第１のインバータではトランジスタＱ１２が電圧ＶＩＮに応じた周期およびデューティー比でスイッチングされ、トランジスタＱ１１はＯＦＦ状態またはダイオードＤ１１の導通に同期して導通されるスイッチング状態に制御される。このとき第２のインバータではトランジスタＱ２１はＯＦＦ状態とされ、トランジスタＱ２２はＯＮ状態に制御される。
【０１０３】
電圧ＶＩＮ＞０ならば、トランジスタＱ１２のＯＮ状態において電流がコイルＵ１→トランジスタＱ１２→ダイオードＤ２２→コイルＵ２の経路で流れる。このときコイルＵ１，Ｕ２に蓄積されたエネルギはトランジスタＱ１２がＯＦＦ状態となると放出され、ダイオードＤ１１を経由して電流が電源ラインＰＬ２に流れる。ダイオードＤ１１による損失を低減させるためにダイオードＤ１１の導通期間に同期させてトランジスタＱ１１を導通させても良い。電圧ＶＩＮおよび電圧ＶＨの値に基づいて、昇圧比が求められトランジスタＱ１２のスイッチングの周期およびデューティー比が定められる。
【０１０４】
次に、電圧ＶＩＮ＜０すなわちラインＡＣＬ１の電圧ＶＭ１がラインＡＣＬ２の電圧ＶＭ２よりも低い場合には、昇圧コンバータのトランジスタＱ１はＯＮ状態とされ、トランジスタＱ２はＯＦＦ状態とされる。これにより昇圧コンバータ１０は電源ラインＰＬ２から電源ラインＰＬ１に向けて充電電流を流すことができるようになる。
【０１０５】
そして第２のインバータではトランジスタＱ２２が電圧ＶＩＮに応じた周期およびデューティー比でスイッチングされ、トランジスタＱ２１はＯＦＦ状態またはダイオードＤ２１の導通に同期して導通されるスイッチング状態に制御される。このとき第１のインバータではトランジスタＱ１１はＯＦＦ状態とされ、トランジスタＱ１２はＯＮ状態に制御される。
【０１０６】
電圧ＶＩＮ＜０ならば、トランジスタＱ２２のＯＮ状態において電流がコイルＵ２→トランジスタＱ２２→ダイオードＤ１２→コイルＵ１の経路で流れる。このときコイルＵ１，Ｕ２に蓄積されたエネルギはトランジスタＱ２２がＯＦＦ状態となると放出され、ダイオードＤ２１を経由して電流が電源ラインＰＬ２に流れる。ダイオードＤ２１による損失を低減させるためにダイオードＤ２１の導通期間に同期させてトランジスタＱ２１を導通させても良い。このときも電圧ＶＩＮおよび電圧ＶＨの値に基づいて、昇圧比が求められトランジスタＱ２２のスイッチングの周期およびデューティー比が定められる。
【０１０７】
電圧ＶＩＮ＞０、電圧ＶＩＮ＜０のときの充電制御を交互に繰返すことで、車両に供給される交流電力を直流に変換してバッテリの充電に必要な電圧まで昇圧することができる。
【０１０８】
また、電圧ＶＩＮ＞０のときの充電制御のみを行なえば、太陽電池のように直流電力が供給される発電装置からも車両に直接電力を受入れてバッテリの充電に必要な電圧まで昇圧し、バッテリの充電を行なうことができる。
【０１０９】
以上説明したように、実施の形態１においては、車両停止時に大容量キャパシタＣ３に蓄積されていたエネルギをバッテリＢ１に移送して電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間の電圧ＶＨを低下させてから充電回路６を用いてバッテリＢ１に対する充電を行なう。このようにすることで、充電回路６における昇圧量は小さくてすむことになるため充電効率が向上する。
【０１１０】
たとえば車両停止直後には電源ラインＰＬ１の電圧はおよそ２００Ｖであるのに対して電源ラインＰＬ２の電圧は７００Ｖ程度に高くなっている。この状態で充電回路を動作させて充電を行なうには商用電源５５から与えられる電圧を直流に変換してさらにこれを７００Ｖ程度に昇圧して充電を行なわなければならない。
【０１１１】
これに対して電源ラインＰＬ２の電圧を２００Ｖ程度に降下させてから充電回路６による充電を行なえば交流１００Ｖの入力を直流に変換して２００Ｖ程度に昇圧するだけでよい。これにより充電時の損失が低減される。
【０１１２】
［実施の形態２］
実施の形態１においては充電回路による外部からの充電を行なう前に、昇圧コンバータ１０を降圧コンバータとして用いてキャパシタに蓄積されたエネルギをバッテリＢ１に移送した。しかし、昇圧コンバータ１０を用いる場合にはリアクトルＬやスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２、ダイオードＤ１，Ｄ２による発熱損失によりエネルギ転送効率がよくないという問題点がある。
【０１１３】
図９は、実施の形態２に係る車両２００の構成を示した回路図である。
図９を参照して、車両の電源装置は、バッテリＢ１と、蓄電用のキャパシタＣ３と、バッテリＢ１とキャパシタＣ３の間に接続される昇圧コンバータ１０と、キャパシタＣ３に接続され外部から電力入力を受けてキャパシタＣ３を介してバッテリＢ１に対して充電を行なう充電回路６と、昇圧コンバータ１０および充電回路６の制御を行なう制御装置２６０とを備える。制御装置２６０は、充電回路６に対して外部から電力の入力があるときは、キャパシタＣ３の電圧がバッテリＢ１の充電電圧に近い所定の電圧に降下するまでキャパシタＣ３に蓄積されたエネルギをバッテリＢ１に移送させてから充電回路６による充電を行なう。好ましくは、キャパシタＣ３は、直列に接続された複数のキャパシタセルを含む。接続部ＣＵは、複数のキャパシタセルの端部電極および中間電極のうちから選択した１対の電極をバッテリＢ１に接続する。制御装置２６０は、接続部の１対の電極の選択を順次変更する。
【０１１４】
車両２００は、図５に示した車両１００の構成においてキャパシタＣ３は直列に接続されたキャパシタモジュールＣＡＰ１〜ＣＡＰ６を含む。車両２００は、さらに、キャパシタモジュールＣＡＰ１〜ＣＡＰ６の端部電極および中間電極のうちの１対の電極を選択的にバッテリＢ１に接続するための接続部ＣＵと、接続部ＣＵの１対の電極の選択を順次変更する制御装置２６０を含む。車両２００の他の部分については、図１の車両１００と同様であるので説明は繰返さない。
【０１１５】
接続部ＣＵは、電源ラインＰＬ２と電源ラインＰＬ１とを接続するリレーＲＡ１と、キャパシタモジュールＣＡＰ１，ＣＡＰ２の中間電極を電源ラインＰＬ１と接続するリレーＲＡ２と、キャパシタモジュールＣＡＰ２，ＣＡＰ３の中間電源と電源ラインＰＬ１とを接続するリレーＲＡ３とを含む。
【０１１６】
接続部ＣＵは、さらに、キャパシタモジュールＣＡＰ３，ＣＡＰ４の中間電極を電源ラインＰＬ１と接続するリレーＲＡ４と、キャパシタモジュールＣＡＰ４，ＣＡＰ５の中間電極を電源ラインＰＬ１と接続するリレーＲＡ５と、キャパシタモジュールＣＡＰ５，ＣＡＰ６の中間電源と電源ラインＰＬ１とを接続するリレーＲＡ６とを含む。
【０１１７】
接続部ＣＵは、さらに、キャパシタモジュールＣＡＰ１，ＣＡＰ２の中間電極と接地ラインＳＬとを接続するリレーＲＢ１と、キャパシタモジュールＣＡＰ２，ＣＡＰ３の中間電極と接地ラインＳＬとを接続するリレーＲＢ２と、キャパシタモジュールＣＡＰ３，ＣＡＰ４の中間電極と接地ラインＳＬとを接続するリレーＲＢ３と、キャパシタモジュールＣＡＰ４，ＣＡＰ５の中間電極と接地ラインＳＬとを接続するリレーＲＢ４と、キャパシタモジュールＣＡＰ５，ＣＡＰ６の中間電極と接地ラインＳＬとを接続するリレーＲＢ５と、キャパシタモジュールＣＡＰ６の一端を接地ラインＳＬに接続するリレーＲＢ６とを含む。
【０１１８】
図１０は、制御装置２６０で実行されるプログラムの制御構造を示したフローチャートである。なお、図１０の処理は、図６のステップＳ６に代えて行なわれるステップＳ６Ａの処理である。
【０１１９】
図９、図１０を参照して、まず処理が開始されると制御装置２６０は、ステップＳ２１〜Ｓ２６においてキャパシタモジュール１個の両端の電極を順次１対の電極として選択していく処理を行なう。そしてステップＳ２７〜Ｓ２９において直列に接続されたキャパシタモジュール２個の両端の電極を１対の電極として選択して順次切換える処理を行なう。そしてステップＳ３０，Ｓ３１において直列に接続されたキャパシタモジュール３個の両端の電極を１対の電極として選択して接続する処理を順次行なう。最後にステップＳ３２において６個に直列に接続されたキャパシタモジュールの両端をバッテリＢ１に接続する処理を行なう。
【０１２０】
より具体的に各ステップの処理を説明する。まず処理が開始されると、ステップＳ２１において制御装置２６０はリレーＲＡ１およびＲＢ１を、ともにオフ状態から所定時間またはキャパシタモジュールＣＡＰ１の電極間電圧に所定の電圧降下が生じる時間が経過するまでオン状態とし、その後再びオフ状態に変化させる。
【０１２１】
たとえば、車両停止時においてキャパシタＣ３の両端の電圧ＶＨが７００Ｖであったとする。そして、バッテリＢ１の電圧がたとえば１００Ｖであったとする。７００Ｖのキャパシタユニットを直接１００ＶのバッテリＢ１に接続すると、その差が６００Ｖもあるので、バッテリＢ１の充電には過大な電流がバッテリＢ１に流れてしまい、バッテリＢ１が過熱してしまう。
【０１２２】
キャパシタＣ３は、直列に接続された多数のキャパシタセルを含むものであり、これをたとえば６つのキャパシタモジュールＣＡＰ１〜ＣＡＰ６に分割する。各キャパシタモジュールＣＡＰ１は複数の直列接続されたキャパシタセルを含む。
【０１２３】
７００Ｖの電圧は、キャパシタモジュールＣＡＰ１〜ＣＡＰ６に１１６Ｖずつ分担される。キャパシタモジュールの電極間電圧とバッテリＢ１の電圧との差は１６Ｖであり、各キャパシタモジュールはバッテリＢ１に接続することが可能である。
【０１２４】
次に、ステップＳ２２において、制御装置２６０はリレーＲＡ２およびＲＢ２を、ともにオフ状態から所定時間またはキャパシタモジュールＣＡＰ２の電極間電圧に所定の電圧降下が生じる時間が経過するまでオン状態とし、その後再びオフ状態に変化させる。
【０１２５】
続いてステップＳ２３において、制御装置２６０はリレーＲＡ３およびＲＢ３を、ともにオフ状態から所定時間またはキャパシタモジュールＣＡＰ３の電極間電圧に所定の電圧降下が生じる時間が経過するまでオン状態とし、その後再びオフ状態に変化させる。
【０１２６】
続いてステップＳ２４において、制御装置２６０はリレーＲＡ４およびＲＢ４を、ともにオフ状態から所定時間またはキャパシタモジュールＣＡＰ４の電極間電圧に所定の電圧降下が生じる時間が経過するまでオン状態とし、その後再びオフ状態に変化させる。
【０１２７】
続いてステップＳ２５において、制御装置２６０はリレーＲＡ５およびＲＢ５を、ともにオフ状態から所定時間またはキャパシタモジュールＣＡＰ５の電極間電圧に所定の電圧降下が生じる時間が経過するまでオン状態とし、その後再びオフ状態に変化させる。
【０１２８】
続いてステップＳ２６において、制御装置２６０はリレーＲＡ６およびＲＢ６を、ともにオフ状態から所定時間またはキャパシタモジュールＣＡＰ６の電極間電圧に所定の電圧降下が生じる時間が経過するまでオン状態とし、その後再びオフ状態に変化させる。
【０１２９】
バッテリＢ１の電圧は、充電により上昇するが説明の簡単のためこれを無視すると、以上の処理が行なわれることにより、キャパシタモジュールＣＡＰ１〜ＣＡＰ６からエネルギがバッテリに対して放出されたことにより、各キャパシタモジュールＣＡＰ１〜ＣＡＰ６の電圧は、たとえば１１６Ｖから１００Ｖ付近に降下する。そしてキャパシタ全体で分担する電圧は６００Ｖ程度まで低下する。
【０１３０】
６００Ｖの電圧は、キャパシタモジュールＣＡＰ１〜ＣＡＰ６に１００Ｖずつ分担される。これを２つのキャパシタモジュールごとに分けると分担電圧は２００Ｖずつである。２つキャパシタモジュールの電極間電圧とバッテリＢ１の電圧との差は約１００Ｖであり、各キャパシタモジュールはバッテリＢ１に接続することが可能となる。
【０１３１】
したがって、ステップＳ２７において、制御装置２６０は、リレーＲＡ１およびＲＢ２を、ともにオフ状態から所定時間またはキャパシタモジュールＣＡＰ１とＣＡＰ２を直列に接続した部分の電極間電圧に所定の電圧降下が生じる時間が経過するまでオン状態とし、その後再びオフ状態に変化させる。
【０１３２】
同様に、ステップＳ２８において、制御装置２６０は、リレーＲＡ３およびＲＢ４を、ともにオフ状態から所定時間またはキャパシタモジュールＣＡＰ３とＣＡＰ４を直列に接続した部分の電極間電圧に所定の電圧降下が生じる時間が経過するまでオン状態とし、その後再びオフ状態に変化させる。
【０１３３】
さらに同様に、ステップＳ２９において、制御装置２６０は、リレーＲＡ５およびＲＢ６を、ともにオフ状態から所定時間またはキャパシタモジュールＣＡＰ５とＣＡＰ６を直列に接続した部分の電極間電圧に所定の電圧降下が生じる時間が経過するまでオン状態とし、その後再びオフ状態に変化させる。
【０１３４】
バッテリＢ１の電圧は、充電により上昇するが説明の簡単のためこれを無視すると、以上の処理が行なわれることにより、キャパシタモジュールＣＡＰ１〜ＣＡＰ６からエネルギがバッテリに対して放出されたことにより、各キャパシタモジュール２つの組の電圧は、たとえば２００Ｖから１００Ｖ付近に降下する。そしてキャパシタ全体で分担する電圧は３００Ｖ程度まで低下する。
【０１３５】
３００Ｖの電圧は、キャパシタモジュールＣＡＰ１〜ＣＡＰ６に５０Ｖずつ分担される。これを３つのキャパシタモジュールごとに分けると分担電圧は１５０Ｖずつである。３つキャパシタモジュールの電極間電圧とバッテリＢ１の電圧との差は約５０Ｖであり、各キャパシタモジュールはバッテリＢ１に接続することが可能となる。
【０１３６】
したがって、ステップＳ３０において、制御装置２６０は、リレーＲＡ１およびＲＢ３を、ともにオフ状態から所定時間またはキャパシタモジュールＣＡＰ１〜ＣＡＰ３を直列に接続した部分の電極間電圧に所定の電圧降下が生じる時間が経過するまでオン状態とし、その後再びオフ状態に変化させる。
【０１３７】
同様に、ステップＳ３１において、制御装置２６０は、リレーＲＡ４およびＲＢ６を、ともにオフ状態から所定時間またはキャパシタモジュールＣＡＰ４〜ＣＡＰ６を直列に接続した部分の電極間電圧に所定の電圧降下が生じる時間が経過するまでオン状態とし、その後再びオフ状態に変化させる。
【０１３８】
バッテリＢ１の電圧は、充電により上昇するが説明の簡単のためこれを無視すると、以上の処理が行なわれることにより、キャパシタモジュールＣＡＰ１〜ＣＡＰ６からエネルギがバッテリに対して放出されたことにより、各キャパシタモジュール３つの組の電圧は、たとえば１５０Ｖから１００Ｖ付近に降下する。そしてキャパシタ全体で分担する電圧は２００Ｖ程度まで低下する。キャパシタモジュール全体の電極間電圧とバッテリＢ１の電圧との差は約１００Ｖであり、キャパシタモジュール全体をバッテリＢ１に接続することが可能となる。
【０１３９】
したがって、ステップＳ３２において、制御装置２６０は、リレーＲＡ１およびＲＢ６を、ともにオフ状態からオン状態としキャパシタのエネルギをバッテリに移送する。
【０１４０】
以上のように、制御装置２６０は、キャパシタユニットの電圧の変化に対応して制御部ＣＵにおける１対の電極の選択を順次変更する。放電に要する所定時間を予め求めておき各接続時間としておいても良いし、またキャパシタモジュール毎に電圧センサを設けておきキャパシタモジュールの電圧を監視しながら接続変更を行なっても良い。
【０１４１】
そしてステップＳ３２の処理が終了するとステップＳ３３において制御は再び図６のステップＳ７に移される。もし、ステップＳ８以降で充電が行なわれることになれば、昇圧コンバータ１０を介さずにリレーＲＡ１によって直接電源ラインＰＬ１とＰＬ２が接続された状態となっているので、リアクトルＬおよびトランジスタＱ１における充電時の損失も低減される。
【０１４２】
なお、キャパシタモジュールの分割数をさらに細かくして選択を制御すれば、選択したキャパシタモジュールのグループとバッテリの電圧の差をさらに小さくすることも可能である。
【０１４３】
以上説明したように、実施の形態２においてはスイッチング素子やリアクトルを用いずにリレー回路の繋ぎ換えにおいて徐々にキャパシタユニット中のエネルギをバッテリ側に移送する。リレー回路は発熱等の問題が少なく電気損失は半導体スイッチング素子に比べて小さくなる。
【０１４４】
またキャパシタモジュールからの電圧を放電する際に、電圧の差が充電をすることが可能でかつ過大な差にならないように、端部電極および中間電極の中から１対の電極を適切に順次選択しながら接続切換を行なうので、電圧差が大きい場合に問題となるリレーのスパークによる溶着などの問題を避けることができる。
【０１４５】
そしてステップＳ３２においてはリレーＲＡ１，ＲＢ６が導通を維持した状態において充電回路６による商用電源からの充電が実行されるので、昇圧コンバータ１０を介することがなくスイッチング素子やリアクトルにおける発熱による損失を低減させることができる。
【０１４６】
なお、充電時には車両走行時ほどの大電流を流すことはないのでリレーＲＡ１〜ＲＡ６，ＲＢ１〜ＲＢ６は、電流容量１００Ａ以上のシステムメインリレーＳＭＲ１〜ＳＭＲ３と比べて数Ａ程度の電流容量の小さなリレーでよい。
【０１４７】
［実施の形態３］
実施の形態１，２においてはバッテリＢ１と同程度の電圧になるまで大容量キャパシタに蓄積されたエネルギをバッテリ側に移送した。しかしながら車両停止状態において運転者が車両から離れる場合にはバッテリユニット以外の部分には高電圧状態が残っているのは好ましくないのでキャパシタに蓄積されていた残りのエネルギはモータジェネレータ部分で熱として放電していた。この放電していたエネルギについてもバッテリに転送してやることが望ましい。
【０１４８】
図１１は、実施の形態３に係る車両３００のバッテリとキャパシタ間の構成を示した図である。
【０１４９】
図１１を参照して、車両３００は、図５に示した車両１００または図９に示した車両２００の構成において昇圧コンバータ１０に代えて昇圧コンバータ１０Ａを含む。昇圧コンバータ１０Ａは電源ラインＰＬ２が電源ラインＰＬ１より低い場合においては電源ラインＰＬ２の電圧を昇圧して電源ラインＰＬ１側にエネルギを移すことが可能な構成となっている。
【０１５０】
すなわち昇圧コンバータ１０Ａは、リアクトルＬと、ｎｐｎ型トランジスタＱ１，Ｑ２，Ｑ１Ａ，Ｑ２Ａと、ダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ１Ａ，Ｄ２Ａとを含む。ｎｐｎ型トランジスタＱ１，Ｑ２は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間に直列に接続され、制御装置からの信号をベースに受ける。そして各ｎｐｎ型トランジスタＱ１，Ｑ２のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すようにダイオードＤ１，Ｄ２がそれぞれ接続される。
【０１５１】
ｎｐｎ型トランジスタＱ１Ａ，Ｑ２Ａは、電源ラインＰＬ１と接地ラインＳＬとの間に直列に接続され、制御装置からの信号をベースに受ける。そして、各ｎｐｎ型トランジスタＱ１Ａ，Ｑ２Ａのコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すようにダイオードＤ１Ａ，Ｄ２Ａがそれぞれ接続される。リアクトルＬはｎｐｎ型トランジスタＱ１Ａ，Ｑ２Ａの接続ノードに一方端が接続され、ｎｐｎ型トランジスタＱ１，Ｑ２の接続ノードに他方端が接続される。
【０１５２】
昇圧コンバータ１０Ａを、たとえばこのような構成とすることにより、キャパシタＣ３の電圧がバッテリＢ１の端子電圧よりも低くなった場合においてもキャパシタＣ３に蓄積されている残りのエネルギをバッテリＢ１側に転送することが可能となり、一層エネルギ効率が向上した車両の電源装置を実現することができる。
【０１５３】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【０１５４】
【図１】この発明の実施の形態に係る車両の概略ブロック図である。
【図２】図１に示した制御装置６０の機能ブロック図である。
【図３】図２に示したコンバータ制御部６１の機能ブロック図である。
【図４】図２に示した第１および第２のインバータ制御部６２，６３の機能ブロック図である。
【図５】図１の回路図について大容量キャパシタＣ３からバッテリＢ１にエネルギを移送する主要構成を示した概略回路図である。
【図６】キャパシタＣ３のエネルギをバッテリＢ１に移送させる際に制御装置６０で実行されるプログラム制御構造を示したフローチャートである。
【図７】図１の回路図を充電に関する部分に簡略化して示した図である。
【図８】充電時のトランジスタの制御状態を示した図である。
【図９】実施の形態２に係る車両２００の構成を示した回路図である。
【図１０】制御装置２６０で実行されるプログラムの制御構造を示したフローチャートである。
【図１１】実施の形態３に係る車両３００のバッテリとキャパシタ間の構成を示した図である。
【符号の説明】
【０１５５】
２  車輪、３  動力分配機構、４  エンジン、６  充電回路、１０，１０Ａ  昇圧コンバータ、２０，３０  インバータ、２２，３２  Ｕ相アーム、２４，３４  Ｖ相アーム、２６，３６  Ｗ相アーム、４０  リレー回路、５０  コネクタ、５２  着座センサ、５３  ドア開閉センサ、５５  商用電源、６０，２６０  制御装置、６１  コンバータ制御部、６２，６３  インバータ制御部、６４  電力入力制御部、７０，７２，７３，７４  電圧センサ、８０，８２，８４  電流センサ、１００，２００，３００  車両、１１２  インバータ入力電圧指令演算部、１１４  フィードバック電圧指令演算部、１１６  デューティー比演算部、１１８，１２２  ＰＷＭ信号変換部、１２０  モータ制御用相電圧演算部、ＡＣＬ１，ＡＣＬ２  電力入力ライン、Ｂ１  バッテリ、ＢＵ  バッテリユニット、Ｃ１，Ｃ２  平滑用コンデンサ、Ｃ３  蓄電用大容量キャパシタ、ＣＡＰ１〜ＣＡＰ６  キャパシタモジュール、ＣＵ  接続部、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ１Ａ，Ｄ２Ａ，Ｄ１１〜Ｄ１６，Ｄ２１〜Ｄ２６  ダイオード、Ｌ  リアクトル、ＭＧ１，ＭＧ２  モータジェネレータ、Ｎ１，Ｎ２  中性点、ＰＬ１，ＰＬ２  電源ライン、Ｑ１，Ｑ２，Ｑ１Ａ，Ｑ２Ａ，Ｑ１１〜Ｑ１６，Ｑ２１〜Ｑ２６  トランジスタ、ＲＡ１〜ＲＡ６，ＲＢ１〜ＲＢ６，ＲＹ１，ＲＹ２  リレー、ＳＬ  接地ライン、ＳＭＲ１〜ＳＭＲ３  システムメインリレー、Ｕ１，Ｕ２  Ｕ相コイル、ＵＬ１，ＵＬ２  Ｕ相ライン、Ｖ１，Ｖ２  Ｖ相コイル、ＶＬ１，ＶＬ２  Ｖ相ライン、Ｗ１，Ｗ２  Ｗ相コイル、ＷＬ１，ＷＬ２  Ｗ相ライン。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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